Wie ähneln Mitochondrien und Chloroplasten Bakterien?

Vor fast vier Milliarden Jahren erschienen die ersten Lebensformen auf der Erde, und dies waren die frühesten Bakterien. Diese Bakterien entwickelten sich im Laufe der Zeit und entwickelten sich schließlich zu den vielen heute vorkommenden Lebensformen. Bakterien gehören zu der Gruppe von Organismen, die Prokaryoten genannt werden, einzellige Einheiten, die keine inneren Strukturen enthalten, die mit Membranen verbunden sind. Die andere Klasse von Organismen sind die Eukaryoten, die membrangebundene Kerne und andere Strukturen haben. Mitochondrien, die der Zelle Energie liefern, sind eine dieser membrangebundenen Strukturen, die als Organellen bezeichnet werden. Chloroplasten sind Organellen in Pflanzenzellen, die Nahrung herstellen können. Diese beiden Organellen haben viel mit Bakterien gemeinsam und können sich tatsächlich direkt aus ihnen entwickelt haben.

Bakterien tragen ihre DNA, das Molekül, das Gene enthält, in ringförmigen Komponenten, die als Plasmide bezeichnet werden. Mitochondrien und Chloroplasten haben ihre eigene DNA, die in Plasmid-ähnlichen Strukturen getragen wird. Darüber hinaus bindet die DNA von Mitochondrien und Chloroplasten wie die von Bakterien nicht an schützende Strukturen, die Histone genannt werden, die die DNA binden. Diese Organellen bilden ihre eigene DNA und synthetisieren ihre eigenen Proteine ​​unabhängig vom Rest der Zelle.

Bakterien produzieren Proteine ​​in Strukturen, die Ribosomen genannt werden. Der Prozess der Proteinherstellung beginnt mit derselben Aminosäure, einer von 20 Untereinheiten, aus denen Proteine ​​bestehen. Diese Ausgangsaminosäure ist N-Formylmethionin in Bakterien sowie Mitochondrien und Chloroplasten. N-Formylmethionin ist eine andere Form der Aminosäure Methionin; die Proteine, die in den restlichen Ribosomen der Zelle hergestellt werden, haben ein anderes Startsignal – reines Methionin. Darüber hinaus sind Chloroplastenribosomen den bakteriellen Ribosomen sehr ähnlich und unterscheiden sich von den Ribosomen der Zelle.

Mitochondrien und Chloroplasten machen mehr aus sich selbst, ähnlich wie Bakterien vermehren sich. Wenn Mitochondrien und Chloroplasten aus einer Zelle entfernt werden, kann die Zelle keine weiteren dieser Organellen herstellen, um die entfernten zu ersetzen. Die einzige Möglichkeit, diese Organellen zu replizieren, ist die gleiche Methode, die von Bakterien verwendet wird: die binäre Spaltung. Wie Bakterien wachsen Mitochondrien und Chloroplasten an Größe, duplizieren ihre DNA und andere Strukturen und teilen sich dann in zwei identische Organellen.

Die Funktion der Mitochondrien und der Chloroplasten scheint durch die Wirkung derselben Antibiotika beeinträchtigt zu sein, die Bakterien Probleme bereiten. Antibiotika wie Streptomycin, Chloramphenicol und Neomycin töten Bakterien ab, schädigen aber auch Mitochondrien und Chloroplasten. Chloramphenicol wirkt beispielsweise auf Ribosomen, die Strukturen in Zellen, die die Orte der Proteinproduktion sind. Das Antibiotikum wirkt spezifisch auf bakterielle Ribosomen; Leider wirkt es sich auch auf die Ribosomen in Mitochondrien aus, schlussfolgert eine Studie von Dr. Alison E. aus dem Jahr 2012. Barnhill und Kollegen am Iowa State University College of Veterinary Medicine veröffentlicht und in der Zeitschrift "Antimicrobial Agents and Chemotherapy" veröffentlicht.

Aufgrund der auffallenden Ähnlichkeiten zwischen Chloroplasten, Mitochondrien und Bakterien begannen Wissenschaftler, ihre Beziehung zueinander zu untersuchen. Die Biologin Lynn Margulis entwickelte 1967 die endosymbiotische Theorie und erklärte den Ursprung von Mitochondrien und Chloroplasten in eukaryotischen Zellen. Dr. Margulis stellte die Theorie auf, dass sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten ihren Ursprung in der prokaryotischen Welt haben. Mitochondrien und Chloroplasten waren eigentlich selbst Prokaryoten, einfache Bakterien, die eine Beziehung zu Wirtszellen eingingen. Diese Wirtszellen waren Prokaryonten, die nicht in sauerstoffreichen Umgebungen leben konnten und diese mitochondrialen Vorläufer verschlungen. Diese Wirtsorganismen stellten ihren Bewohnern Nahrung zur Verfügung, um in einer giftigen, sauerstoffhaltigen Umgebung überleben zu können. Chloroplasten aus Pflanzenzellen können von Organismen stammen, die den Cyanobakterien ähnlich sind. Der Chloroplastenvorläufer lebte symbiotisch mit Pflanzenzellen, weil diese Bakterien versorgen ihre Wirte mit Nahrung in Form von Glukose, während die Wirtszellen einen sicheren Ort für wohnen.